專利名稱：雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種診斷乳腺腫瘤的儀器，尤其是指用光學(xué)方法診斷惡性腫瘤的醫(yī)用診斷儀器。
乳腺癌是婦女的常見(jiàn)病、多發(fā)病之一，并將成為威脅婦女生命的第一位癌癥。乳腺癌的治療效果及預(yù)防的關(guān)鍵在于診斷，目前醫(yī)學(xué)界很重視對(duì)乳腺腫瘤診斷儀的發(fā)明研究，并且對(duì)這類診斷儀的要求是既要對(duì)癌癥的查準(zhǔn)率高，又要使用安全、方便。目前用于診斷乳腺癌的儀器有兩大類，一類是有創(chuàng)傷性的如中國(guó)專利“惡性腫瘤固有熒光診斷儀”(中國(guó)專利號(hào)85100424),X-CT機(jī)等紫外或X光設(shè)備，不便于婦女定期檢查或普查之用，另一類是無(wú)創(chuàng)傷性的“紅外乳腺掃描儀”(中國(guó)專利號(hào)89210115.6)，“腫瘤電腦定性診斷儀”為代表，但是“紅外乳腺掃描儀”只能顯示乳腺腫塊的陰影，不能反映乳腺腫塊的本質(zhì)。由于多波長(zhǎng)的相互影響，使得腫塊不清晰，且該儀器靠醫(yī)生的目測(cè)來(lái)做定性判斷，其診斷結(jié)果與醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大，直接影響診斷的正確性。而腫瘤電腦定性診斷儀利用溫差原理設(shè)計(jì)，對(duì)于月經(jīng)期婦女的錯(cuò)查率較高，且總體確診率較低。
和本儀器結(jié)構(gòu)比較接近的是“惡性腫瘤固有熒光診斷儀”(中國(guó)專利號(hào)85100424)，其主要特征是利用冷光燈激光近紅外光源，將光導(dǎo)入光纖，經(jīng)生物組織散射與反射，用光電二極管轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再放大，進(jìn)入常規(guī)的數(shù)字化處理部分，由于紫外線的微創(chuàng)性，光纖易折斷，且無(wú)法從腫瘤本身血氧分布的本質(zhì)直接判斷腫瘤的良惡性，使得其使用受到很大的局限性。
本發(fā)明利用近紅外光，光譜區(qū)域分別在600nm-805nm及805nm-1000nm范圍，各波段含氧血紅蛋白(HbO2)和去氧血紅蛋白(Hb)的光吸收特征(如

圖1)，在近紅外光雙波長(zhǎng)無(wú)損傷檢測(cè)血氧含量的基礎(chǔ)上，建立乳腺腫瘤組織與正常組織相對(duì)血氧含量的計(jì)算公式(1)，根據(jù)惡性腫瘤組織高含血低含氧的特征，以比較良性腫瘤及乳腺癌與正常組織血氧含量的方法診斷乳腺癌。
圖1為含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白對(duì)500nm～1200nm近紅外光的吸收曲線，且交叉點(diǎn)在805nm左右。血氧評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式(1)如下腫塊高含血I患805-x+I患805+y＜I健805-x+I健805+y腫塊低含血I患805-x+I患805+y＞I健805-x+I健805+y腫塊低含氧 腫塊高含氧 以上公式中的I值均為接收光強(qiáng)。X、Y均為自然數(shù)。其中I患805-X表示在患側(cè)805-X處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)。
I患805+Y表示在患側(cè)805+Y處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)。
I健805-X表示在健側(cè)805-X處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)。
I健805+Y表示在健側(cè)805+Y處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)。
依據(jù)計(jì)算公式，惡性腫瘤高含血；低含氧(高度懷疑乳腺癌)。
良性腫瘤高含血高含氧或低含血高含氧或低含血低含氧。
增生組織高含血高含氧或低含血高含氧或低含血低含氧。
本發(fā)明的目的是依據(jù)雙波長(zhǎng)無(wú)損檢測(cè)乳腺癌的原理，針對(duì)乳腺腫塊的檢測(cè)，設(shè)計(jì)一種無(wú)創(chuàng)傷、造價(jià)低廉、準(zhǔn)確率高的、可用于便攜式普查的自動(dòng)化乳腺腫瘤檢測(cè)分析儀器。
本發(fā)明的是這樣實(shí)現(xiàn)的該雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，由探頭部分、模擬電路部分及單片機(jī)處理系統(tǒng)組成，其特征在于a．探頭部分由光源電壓頻率控制器提供無(wú)創(chuàng)光源(1)，光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)生物組織散射與反射，由兩組濾光片(2)、(3)分別接受兩種不同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)光，這兩種單波長(zhǎng)光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換(4)、(5)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后送至模擬電路部分；b．模擬電路部分由探頭部分輸出的兩路電信號(hào)送差分放大電路(9)，以濾除共模干擾、外界光干擾，消除探頭和導(dǎo)線在兩路信號(hào)上不平衡對(duì)后級(jí)處理的影響，同時(shí)提供一個(gè)高的輸入阻抗；然后經(jīng)二級(jí)低通放大電路(10)、(11)調(diào)節(jié)信號(hào)的增益，頻帶選在40HZ以下，再經(jīng)二極低通濾波(12)、(13)濾除50HZ干擾信號(hào)后，將信號(hào)送至單片機(jī)處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征是所述兩種單波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)是600～805nm和805～1000nm范圍。例如可選用兩種單波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)是760nm和850nm。
本發(fā)明的進(jìn)一步特征是所述探頭部分的結(jié)構(gòu)是由三個(gè)相互分隔的腔體組成，分別設(shè)置有無(wú)創(chuàng)光源，該無(wú)創(chuàng)光源可選用Φ3.5mm的800mw的白熾燈，850nm的濾光片，760nm濾光片，在兩片濾光片的背面貼有光電轉(zhuǎn)換器4、5，探頭部分正面應(yīng)與被測(cè)乳腺表面吻合。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述。
圖1是含氧血紅蛋白和去氧血紅蛋白對(duì)500nm～1200nm近紅外光的吸收曲線。
圖2是本發(fā)明的電路原理圖。
圖3是探頭部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4足光源電壓頻率控制電路原理圖。
請(qǐng)參閱圖2，數(shù)字處理部分采用常用的單片機(jī)處理系統(tǒng)，二路A/D轉(zhuǎn)換4與模擬電路部分相連，并將信號(hào)送入單片機(jī)15，單片機(jī)15驅(qū)動(dòng)液晶顯示17和微型打印機(jī)16，同時(shí)接受鍵盤19的控制，計(jì)算結(jié)果從存儲(chǔ)器18讀出或?qū)懭?，液晶顯示17選用帶背光液晶，以適應(yīng)各種場(chǎng)合需要，微型打印機(jī)選用24點(diǎn)陣，全中文字庫(kù)的微型針式打印機(jī)。
探頭部分，主要由無(wú)創(chuàng)光源1,760nm濾光片2,850nm濾光片3，光電轉(zhuǎn)化器4、5及高倍放大6組成。其中無(wú)創(chuàng)光源可選用φ35mm的800mW白熾燈，且燈的發(fā)光電壓和頻率由光源電壓頻率控制電路控制，760nm濾光片2與850nm濾光片3背面與光電轉(zhuǎn)換器4、5相連接，光電轉(zhuǎn)換器4、5與放大器6、7相連接，共同組成探頭的電路，且電路藏于濾光片的背面。探頭外部正面示意如圖3，當(dāng)正面貼在皮膚上實(shí)驗(yàn)時(shí)，在其周邊的突起部能隔離外界光的干擾，而中間的突起部能隔離光源到濾光片的直接作用，對(duì)前頭背面全面密封。
基于雙波長(zhǎng)檢測(cè)的原理模擬電路部分主要由差分放大9，二路二級(jí)低通放大10、11，以及二路二級(jí)低通濾波12、13構(gòu)成。差分放大9通過(guò)9芯扁平導(dǎo)線8與探頭相連，并將探頭進(jìn)來(lái)的電信號(hào)送差分放大9，然后經(jīng)過(guò)二路二級(jí)低通放大10、11，再經(jīng)過(guò)二級(jí)低通濾波12、13送入單片機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字處理。
光源電壓頻率控制部分請(qǐng)參閱圖4二極管D1、D2，電阻R33、R34、R35，電容C15構(gòu)成頻率可調(diào)的振蕩電路，通過(guò)放大器U5A產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再經(jīng)移位計(jì)數(shù)器CD4017(U8)產(chǎn)生占空比1∶3的脈沖，送往SW-SPDT，由與之相連的電阻R40、R41、R42構(gòu)成電壓可調(diào)電路，并將可調(diào)脈沖信號(hào)送放大器U5B，到三極管2N2222(Q1)，并由三極管(Q1)的1腳與T1P127(Q2)相連，最終輸出電壓與頻率可調(diào)的脈沖。
綜上所述，本發(fā)明詳細(xì)的工作原理如下將探頭置于患側(cè)乳腺，固定之，光源1的光經(jīng)過(guò)組織散射與反射，經(jīng)過(guò)760nm濾光片2和860nm濾光片3，產(chǎn)生兩單波長(zhǎng)光，經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)化器4、5，產(chǎn)生兩路微弱的電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)高倍放大6、7，經(jīng)導(dǎo)線8將電信號(hào)送入差分放大9，同時(shí)其光源1的電壓和脈沖頻率接受光源電壓頻率控制20電路的控制。差分放大9使得探頭部分的電阻不準(zhǔn)、導(dǎo)線的不平衡、長(zhǎng)線加入噪聲等問(wèn)題得到較好的解決。同時(shí)經(jīng)差分放大9去除共模干擾，進(jìn)入二級(jí)低通放大10、11，二級(jí)低通放大的增益可調(diào)，以適應(yīng)特定人的需要，并且二級(jí)低通放大的頻帶選在40HZ以下，可以去除50HZ的干擾并且提高儀器工作的可靠性，放大后的信號(hào)經(jīng)過(guò)二級(jí)低通濾波器12、13濾波，送入單片機(jī)處理系統(tǒng)，單片機(jī)處理系統(tǒng)在單片機(jī)15的控制下，控制二路A/D轉(zhuǎn)換器14進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并將結(jié)果送到液晶顯示17，在直到用戶看到液晶顯示17的兩路采樣值的平均穩(wěn)定，按鍵盤19，在單片機(jī)15的控制下，將結(jié)果暫存，即I患850與I患760值。在不改變儀器參數(shù)的情況下，將探頭置于健側(cè)乳腺的對(duì)稱位置，固定之，信號(hào)的流程同患側(cè)，待結(jié)果穩(wěn)定，按鍵盤19，在單片機(jī)15的控制下，得出I健850與I健760的值，同時(shí)在單片機(jī)15的程序控制按公式(1)進(jìn)行計(jì)算，并送液晶顯示17診斷結(jié)果，同時(shí)在鍵盤19的操作下，送微型打印機(jī)(16)輸出診斷結(jié)果。整個(gè)計(jì)算完全是在單片機(jī)15的程序控制下自動(dòng)完成。
本發(fā)明經(jīng)湖北省腫瘤醫(yī)院臨床實(shí)驗(yàn)證明，該儀器的診斷符合率為達(dá)90％。具有如下優(yōu)點(diǎn)1、無(wú)創(chuàng)傷。它與人體接觸的只有探頭、濾光片，接觸部分對(duì)人體無(wú)任何電磁、機(jī)械損傷，其光源在800MW以下工作，不會(huì)損傷皮膚。
2、準(zhǔn)確率高。它采用全自動(dòng)分析處理，一次性自動(dòng)產(chǎn)生分析結(jié)果，排除主觀診斷的主觀性誤差使診斷準(zhǔn)確率提高。
3、無(wú)放射性損害。由于作用于人體的光信號(hào)采用小功率白熾燈，對(duì)人體無(wú)放射性損害。
4、造價(jià)低廉，使用方便，可以作為乳腺腫瘤普查儀器。
權(quán)利要求
1.一種雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，由探頭部分、模擬電路部分及單片機(jī)處理系統(tǒng)組成，其特征在于a．探頭部分由光源電壓頻率控制器提供無(wú)創(chuàng)光源(1)，光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)生物組織散射與反射，由兩組濾光片(2)、(3)分別接受兩種不同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)光，這兩種單波長(zhǎng)光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換(4)、(5)變成電信號(hào)，經(jīng)放大后送至模擬電路部分；b．模擬電路部分由探頭部分輸出的兩路電信號(hào)送差分放大電路(9)，以濾除共模干擾、外界光干擾，消除探頭和導(dǎo)線在兩路信號(hào)上不平衡對(duì)后級(jí)處理的影響，同時(shí)提供一個(gè)高的輸入阻抗；然后經(jīng)二級(jí)低通放大電路(10)、(11)調(diào)節(jié)信號(hào)的增益，頻帶選在40HZ以下，再經(jīng)二極低通濾波(12)、(13)濾除50HZ干擾信號(hào)后，將信號(hào)送至單片機(jī)處理系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，其特征是所述兩種單波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)是600～805nm和805～1000nm范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，其特征是所述兩種單波長(zhǎng)光的波長(zhǎng)是760nm和850nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，其特征是所述探頭部分的光源頻率控制器的電路是由二極管D1、D2，電阻R33、R34、R35，電容C15構(gòu)成頻率可調(diào)的振蕩電路，通過(guò)放大器U5A產(chǎn)生脈沖信號(hào)，再經(jīng)移位計(jì)數(shù)器CD4017(U8)產(chǎn)生占空比1∶3的脈沖，送往SW-SPDT，由與之相連的電阻R40、R41、R42構(gòu)成電壓可調(diào)電路，并將可調(diào)脈沖信號(hào)送放大器U5B，到三極管2N2222(Q1)，并由三極管(Q1)的1腳與T1P127(Q2)相連，最終輸出電壓與頻率可調(diào)的脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，其特征是所述探頭部分的結(jié)構(gòu)是由三個(gè)相互分隔的腔體組成，分別設(shè)置有無(wú)創(chuàng)光源，該無(wú)創(chuàng)光源可選用Φ3.5mm的800mw的白熾燈，850nm的濾光片，760nm濾光片，在兩片濾光片的背面貼有光電轉(zhuǎn)換器(4、5)，探頭部分正面應(yīng)與被測(cè)乳腺表面吻合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的雙波長(zhǎng)乳腺腫瘤檢測(cè)儀，其特征是經(jīng)模擬電路處理后的血氧評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算公式如下腫塊高含血I患805-x+I患805+y＜I健805-x+I健805+y腫塊低含血I患805-x+I患805+y＞I健805-x+I健805+y腫塊低含氧 腫塊高含氧 以上公式中的I值均為接收光強(qiáng)；X、Y均為自然數(shù)；其中I患805-X表示在患側(cè)805-X處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)；I患805+Y表示在患側(cè)805+Y處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)；I健805-X表示在健側(cè)805-X處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)；I健805+Y表示在健側(cè)805+Y處的接收光強(qiáng)，經(jīng)模擬電路處理得到的電信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種診斷乳腺腫瘤的儀器,尤其是指用光學(xué)方法診斷惡性腫瘤的醫(yī)用診斷儀器。由探頭部分、模擬電路部分及單片機(jī)處理系統(tǒng)組成,其特征在于:探頭部分,由光源電壓頻率控制器提供無(wú)創(chuàng)光源,光源發(fā)出的光經(jīng)過(guò)生物組織散射與反射,由兩組濾光片分別接受兩種不同波長(zhǎng)的單波長(zhǎng)光,這兩種單波長(zhǎng)光信號(hào)經(jīng)光電轉(zhuǎn)換變成電信號(hào),經(jīng)放大后送至模擬電路部分;再將信號(hào)送至單片機(jī)處理系統(tǒng)進(jìn)行全自動(dòng)分析處理。具有無(wú)創(chuàng)傷、準(zhǔn)確率高、對(duì)人體無(wú)放射性損害、造價(jià)低廉、使用方便等優(yōu)點(diǎn),可以作為乳腺腫瘤普查儀器。
文檔編號(hào)A61B6/00GK1325663SQ00109340
公開(kāi)日2001年12月12日 申請(qǐng)日期2000年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月30日
發(fā)明者謝則平, 張先林, 江小平, 羅立華, 郭春生 申請(qǐng)人:深圳市三九商科貿(mào)實(shí)業(yè)有限公司, 謝則平, 羅立華